Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Medicine
Click here for the English version

Medicine

Vurdering af intrakardiale hvirvler med høj billedhastighed ekkokardiografi-afledt blodspeckle billeddannelse hos nyfødte

Published: December 22, 2023 doi: 10.3791/65189
Automatic Translation
1, 2, 3
1John Hunter Hospital, Department of Cardiology, University of Newcastle, 2John Hunter Children’s Hospital, Department of Neonatology, University of Newcastle, 3Institute of Sport and Health Sciences of Paris (IS3P - URP 3625), Université Paris Cité

ERRATUM NOTICE

Summary

Den nuværende protokol bruger ekkokardiografi-afledt blodspeckle billeddannelsesteknologi til at visualisere intrakardial hæmodynamik hos nyfødte. Den kliniske anvendelighed af denne teknologi undersøges, væskens rotationslegeme i venstre ventrikel (kendt som en hvirvel) er tilgængelig, og dens betydning for forståelsen af diastologi bestemmes.

Abstract

Den venstre ventrikel (LV) har et unikt mønster af hæmodynamisk fyldning. Under diastol dannes et roterende legeme eller ring af væske kendt som en hvirvel på grund af hjertets chirale geometri. En hvirvel rapporteres at have en rolle i bevarelsen af den kinetiske energi af blodgennemstrømning, der kommer ind i LV. Nylige undersøgelser har vist, at LV-hvirvler kan have prognostisk værdi til at beskrive diastolisk funktion i hvile i neonatale, pædiatriske og voksne populationer og kan hjælpe med tidligere subklinisk intervention. Imidlertid forbliver visualiseringen og karakteriseringen af hvirvelstrømmen minimalt udforsket. En række billeddannelsesmetoder er blevet brugt til at visualisere og beskrive intrakardiale blodgennemstrømningsmønstre og hvirvelringe. I denne artikel er en teknik kendt som blodspeckle imaging (BSI) af særlig interesse. BSI er afledt af Doppler-ekkokardiografi med høj billedhastighed og giver flere fordele i forhold til andre modaliteter. BSI er nemlig et billigt og ikke-invasivt sengeværktøj, der ikke er afhængig af kontrastmidler eller omfattende matematiske antagelser. Dette arbejde præsenterer en detaljeret trin-for-trin anvendelse af BSI-metoden, der anvendes i vores laboratorium. Den kliniske anvendelighed af BSI er stadig i sine tidlige stadier, men har vist lovende inden for pædiatriske og neonatale populationer til beskrivelse af diastolisk funktion i volumenoverbelastede hjerter. Et sekundært formål med denne undersøgelse er således at diskutere nyere og fremtidige kliniske arbejde med denne billeddannelsesteknologi.

Introduction

Intrakardiale blodgennemstrømningsmønstre spiller en nøglerolle i hjerteudvikling, der starter i føtal morfogenese og fortsætter gennem hele levetiden1. Hemodynamisk forskydningsstress spiller en afgørende rolle i stimuleringen af hjertekammervækst og arkitektur via aktivering af specifikke gener 2,3. Dette sker både i det intrauterin stadium og i de tidlige stadier af livet, hvilket fremhæver betydningen af hæmodynamisk indflydelse på tidlig hjerteudvikling og overførsel til voksenalderen3.

Lovene om væskedynamik siger, at blod, der passerer langs en karvæg, bevæger sig langsommere, når det er tættest på væggen og hurtigere, når det er i midten af et fartøj, hvor modstanden er lavere. Dette fænomen kan demonstreres i ethvert stort fartøj med pulsbølge Doppler som den typiske Dopplerhastighedstidsintegrale konvolut4. Når blod kommer ind i et større hulrum som hjertet, fortsætter blodet længst væk fra endokardieoverfladen med at øge hastigheden i forhold til blodet tættest på denne overflade og skabe en roterende væskekrop, kendt som en hvirvel. Når de er oprettet, er hvirvler selvkørende strømningsstrukturer, der typisk trækker omgivende væske ind via negative trykgradienter. Således kan en hvirvel bevæge et større volumen blod end en tilsvarende lige væskestråle, hvilket fremmer større hjerteeffektivitet 4,5.

Litteraturen antyder, at det evolutionære formål med hvirvler er at bevare kinetisk energi, minimere forskydningsspænding og maksimere strømningseffektiviteten 4,5,6. Specifikt for hjertet omfatter dette lagring af hæmodynamisk energi i en roterende bevægelse, hvilket letter ventillukning og udbredelse af blodgennemstrømning mod udstrømningskanalen, som det ses i figur 1. Ændrede intrakardiale blodgennemstrømningsmønstre forventes i patologiske situationer såsom volumenoverbelastede tilstande og i tilfælde med kunstige klapper 7,8. Således ligger heri det sande diagnostiske potentiale af hvirvler som tidlige prædiktorer for kardiovaskulære resultater hos voksne.

Intrakardial hæmodynamik har fået stigende interesse for litteraturen i både voksne og pædiatriske populationer. Flere modaliteter er tilgængelige til kvalitativ og kvantitativ vurdering af intrakardial hæmodynamik og blev omfattende opsummeret i en nylig gennemgang med særlig vægt på den intrakardiale hvirvel9. En modalitet med stort løfte er ekkokardiografiafledt blodpletbilleddannelse (BSI), som giver mulighed for ikke-invasivt at måle en række kvalitative og kvantitative hvirvelegenskaber, beskrevet nedenfor, til en relativt lav pris og med fremragende reproducerbarhed10. BSI er i øjeblikket kommercielt tilgængelig ved hjælp af et avanceret hjerte ultralydssystem med en S12 eller S6 MHz sonde. Speckle-tracking-funktionerne er analoge med dem, der anvendes til sporing af vævspletter til undersøgelse af myokardiedeformation 11,12,13. Da røde blodlegemer har tendens til at bevæge sig hurtigere og med en højere Doppler-frekvens end det omgivende væv, kan de to signaler adskilles ved at anvende et tidsmæssigt filter. BSI bruger en best-match algoritme til at kvantificere bevægelsen af blodpletter direkte uden brug af kontrastmidler. Blodhastighedsmålingerne kan visualiseres som pile, strømliner eller stilinjer med eller uden underliggende Doppler-farvebilleder og kan fremhæve områder med kompleks flow10.

BSI har vist sig at have god gennemførlighed og nøjagtighed til kvantificering af intrakardiale blodgennemstrømningsmønstre med fremragende validitet sammenlignet med et referencefantominstrument og pulserende Doppler 7,10,11. Selvom BSI stadig er meget ny, er BSI et lovende klinisk værktøj til tidlig diagnosticering af forskellige hjertepatofysiologier. Den kliniske anvendelse af hvirvelbilleddannelse har vist løfte hos nyfødte spædbørn. Specifikt kan opførelsen af en hvirvel i venstre ventrikel (LV) have langsigtede konsekvenser for hjertemodellering og disposition mod hjertesvigt.

Mekanismen, der forbinder hvirvler med venstre ventrikulær remodellering, er stadig relativt uudforsket, men er for nylig blevet undersøgt i vores laboratorium og er genstand for igangværende arbejde11. Denne metodeartikel har til formål at beskrive brugen af BSI til at udforske intrakardiale hvirvler og diskutere de praktiske og kliniske anvendelser af hvirvler til vurdering af diastolisk funktion i forskellige populationer. Et sekundært formål er at diskutere den kliniske relevans af BSI og præsentere noget af det arbejde, der tidligere er udført hos nyfødte.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Alle procedurer, der blev udført i undersøgelser, der involverede menneskelige deltagere, var i overensstemmelse med de etiske standarder fra den institutionelle og/eller nationale forskningskomité og med Helsingfors-erklæringen fra 1964 og dens senere ændringer eller sammenlignelige etiske standarder. Der blev indhentet informeret samtykke fra alle individuelle deltageres familier, der var inkluderet i undersøgelsen. Alle billeder og videoklip blev afidentificeret efter overtagelsen.

1. Forberedelse af patienter

  1. Opsæt ultralydsmaskinen ved siden af patientens barneseng og tilslut et tre-bly elektrokardiogram (se materialetabel).
  2. Indtast patientkoden og relevante detaljer, såsom kropslængde og vægt, og udfør ekkokardiogrammet i henhold til de tidligere beskrevne standarder12.

2. Optagelse af billede

  1. Specielt til BSI får du et lavt billede af LV i den apikale firekammervisning med en smal sektorbredde, hvilket muliggør en erhvervelsesbilledhastighed mellem 400-600 Hz.
  2. Åbn en farveboks over venstre ventrikulære hulrum, indsmal maksimalt for kun at omfatte regionen fra mitralventilen til endokardiespidsen og fra septal endokardiegrænsen til den laterale vægendokardiegrænse.
  3. Forøg farveforøgelsen til det punkt, hvor du speckler og reducer lidt. Indstil farvegrænsen for Doppler-hastighedsskalaen til den passende diastoliske hastighed (20-30 cm / s hos for tidligt fødte spædbørn) for maksimalt at fylde farveboksen med den langsommere diastoliske tilstrømning.
  4. På udstyrets berøringsskærms kontrolpanel (se materialetabellen) skal du trykke på BSI-tilstand for at afsløre intrakardiale strømningsretninger og hvirvler i RAW-farveformat. Juster BSI-boksens position og størrelse for at inkludere det relevante flowområde, og registrer mindst to hjertecyklusser.
  5. Gentag proceduren i den apikale LV-langaksevisning eller andre visninger, hvor intrakardiel hæmodynamisk vurdering er påkrævet (figur 2 og figur 3).

3. Billedanalyser

BEMÆRK: Billedanalyseteknikkerne for LV-hvirvlen er kort beskrevet i tidligere arbejde fra vores laboratorium11. Den protokol, der anvendes til vurdering af intrakardiale hvirvler, er som følger (figur 3 og figur 4).

  1. Gem to hjertecyklusser fra hver enkelt patient til eksterne medier i deres RAW DICOM-format, og overfør dem til en laboratoriestation med en billedbehandlingssoftware (se materialefortegnelsen) installeret til detaljerede offlineanalyser.
  2. Når du er offline, skal du identificere den mest fremtrædende eller vigtigste hvirvelstrøm.
    BEMÆRK: Hovedhvirvelen visualiseres som en langstrakt, ovalformet, roterende struktur mod uret placeret i den øverste venstre kvadrant i venstre ventrikel nær septum, med det maksimale hvirvelområde, der findes i sen diastol (under den transmitterende A-bølge) hos for tidligt fødte spædbørn (Video 1). Hovedhvirvlen findes normalt under den transmitterende E-bølge for ældre spædbørn og børn.
  3. Optag antallet af uafhængige, komplette ovale hvirvler, der dannes gennem hele hjertecyklussen for hvert klip.
  4. Mål positionen af hovedhvirvlen i forhold til kendte vartegn inden for LV. For at bestemme hvirveldybden måles den lodrette afstand fra hvirveløjet til midten af mitralventilens annulus ved hjælp af værktøjet "afstandsmåling" på analysesoftwaren. For hvirveltransversposition måles den vandrette afstand fra hvirveløjet til endokardiegrænsen for det interventrikulære septum.
  5. Mål de lodrette og vandrette kant-til-kant-afstande af hovedhvirvlen i forhold til LV-længden og bredden for at opnå hvirvelformen.
    BEMÆRK: Dette muliggør også estimering af hvirvelsfæricitetsindekset som længde divideret med bredde.
  6. Ved hjælp af værktøjet "sporingsmåling" på analysesoftwaren skal du klikke på og spore den yderste hvirvirvelring på det punkt, hvor hovedhvirvlen er mest fremtrædende for at bestemme det vigtigste hvirvelområde.
  7. For at vurdere Peak Vortex Formation Time (PVFT) skal du registrere hjerterammen, når hvirvelstrømmen først vises (cirkulære ringe afgrænset) i hjerterammen, hvor hovedhvirvlen er mest fremtrædende, og beregne antallet af rammer i forhold til det samlede antal rammer i en hjertecyklus for patienten.
  8. For at vurdere hvirvelvarigheden måles de rammer, hvorfra hvirvelstrømmen først vises, når hvirvelen mister sin cirkulære ringdannelse. Hvirvelvarigheden beregnes derefter som antallet af billeder i forhold til patientens samlede antal billeder i en hjertecyklus (figur 5).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Erhvervelsen af hvirvelklip kan sammenlignes med den standardmetode, der universelt anvendes til opnåelse af farve Doppler-klip. Banebrydende undersøgelser hos voksne har beskrevet hvirvler ved hjælp af apikale to-, tre- og fire-kammervisninger14. LV hvirvlen er en ringlignende struktur, der bevæger sig fra base til top. BSI visualiserer ringens indre diameter (figur 2). En hvirvelring er normalt ikke symmetrisk i form, hvorfor alternative billedplaner kan vise variabel hvirvelmorfologi eller position. I en lille analyse af 20 patienter blev det konstateret, at hvirvelpositionen var sammenlignelig. Især hvirvelsfæricitetsindekset var højere i firekammervisningen sammenlignet med trekammerbilledet (figur 3). Denne undersøgelse vedtog trekammervisningen for hvirvelbilleddannelse, som gav de mest reproducerbare billeder i vores erfaring.

Nyligt arbejde fra vores laboratorium har beskrevet den vellykkede kliniske anvendelse af ekkokardiografi-afledt BSI11. En population på 50 for tidligt fødte nyfødte modtog et omfattende ekkokardiogram, som omfattede BSI-vurdering sammen med traditionelle kliniske data såsom blodtryk og respiratorisk status. Gennemførligheden og pålideligheden af både erhvervelse og fortolkning af hvirvler hos nyfødte var høj og viste, at hvirvler kunne beskrives detaljeret baseret på den ovenfor beskrevne metode. Specifikt blev der identificeret en række værdier for hvirvelområde, position, morfologi, antal tilsyneladende hvirvler og timingkarakteristika sammen med traditionelle hjertestruktur- og funktionsparametre. Desuden blev populationen opdelt i kvartiler baseret på indekserede LV-volumener og viste signifikante forskelle mellem høj- og lavkvartilgrupperne for forskellige vigtige hvirvelparametre (tabel 1).

Analyserne afslørede flere nøglesammenhænge mellem de nye BSI-hvirvelparametre og traditionelle ekkokardiografiafledte parametre for diastolisk funktion og LV-morfologi. En stærk positiv korrelation blev set mellem hvirvelareal og LV end-diastolisk dimension (r = 0,50, p < 0,01), og en invers korrelation blev set mellem hvirvelvarighed og Ee'-forholdet - et surrogatmål for LV end-diastolisk tryk12 (r = -0,56, p < 0,01). Disse data tyder på, at hvirvler kan give unik indsigt i den diastoliske funktion af en neonatal population og give yderligere støtte til traditionelle veletablerede parametre.

De nøgleforeninger, der er beskrevet ovenfor mellem hvirvelområde og LV-morfologi, har givet anledning til yderligere igangværende arbejde med hypotesen om, at kinetisk energi fra intrakardial hæmodynamik kan påvirke tidlig hjerteombygning af LV hos for tidligt fødte spædbørn. En større prospektiv undersøgelse har hidtil afsløret, at mindst en ud af fire meget for tidligt fødte spædbørn viser tegn på LV hjertemodellering på udskrivningstidspunktet. Der foreligger imidlertid begrænsede oplysninger om de underliggende mekanismer. Foreløbige vurderinger viste, at hvirvler var mindre langstrakte på postnatal dag 7 efter for tidlig fødsel hos spædbørn, der senere udviklede hjertemodellering, hvilket understøtter hypotesen om, at intrakardiale blodgennemstrømningsmønstre kan spille en vigtig rolle i hjerteudvikling efter for tidlig fødsel15. Yderligere undersøgelser er nødvendige for at validere disse resultater og undersøge, om tidlig og kortvarig intervention potentielt kan forhindre denne vej til unormal hjerteudvikling.

Anvendelsen af BSI til karakterisering af intrakardial hæmodynamik er også blevet undersøgt i andre hjertemærker, hvor unikke strømningsmønstre er til stede (figur 6). Foreløbige vurderinger af bi-caval tilstrømningsmønstre udføres inden for højre atrium (Video 2) og højre ventrikulær udstrømningskanal hæmodynamik under diastol (Video 3). Disse pilotundersøgelser har til formål yderligere at beskrive mønstre af venøs returstrøm hos nyfødte med forskellige niveauer af åndedrætsstøtte og få yderligere indsigt i sammenhængen mellem respiratoriske ændringer og diastolisk funktion.

Figure 1
Figur 1: Venstre ventrikel intrakardial hæmodynamik. Denne illustration viser visuelt intrakardiale blodgennemstrømningsmønstre og hvirveldannelse inden for LV. Klik her for at se en større version af denne figur.

Figure 2
Figur 2: Venstre ventrikulær hvirvelring. Dette skema demonstrerer hvirvirvelringen set fra et apikalt trekammerbillede ved hjælp af todimensionel farve Doppler og speckle tracking billeddannelse. Når du bruger den apikale trekammervisning, er hovedhvirvlen (Smain 3-kammeret) mindre end firekammervisningen (Smain 4-kammeret). Hovedhvirvlen er normalt større sammenlignet med eventuelle sekundære hvirvler (Ssec). Klik her for at se en større version af denne figur.

Figure 3
Figur 3: Blodspeckle billeddannende hvirvler i de apikale visninger. Dette er en sammenligning af BSI-afledte hvirvler demonstreret ved hjælp af den apikale firekammervisning (venstre) og den apikale trekammervisning (højre). Graferne repræsenterer hvirvlernes forskellige former og placeringer i de to apikale vinduer. Klik her for at se en større version af denne figur.

Figure 4
Figur 4: Vurdering af hvirvelmorfologi. Dette diagram viser de manuelle metoder, der anvendes i vores laboratorium til at opnå hvirvelmorfologiparametre fra den apikale firekammervisning. Klik her for at se en større version af denne figur.

Figure 5
Figur 5: Vurdering af hvirveltimingegenskaber. Denne figur demonstrerer de metoder, der anvendes til at opnå hvirveltimingkarakteristika såsom hvirvelvarighed og maksimal hvirveldannelsestid. Den lodrette røde linje angiver på hvilket stadium af hjertecyklussen en hvirvelhændelse opstår. Klik her for at se en større version af denne figur.

Figure 6
Figur 6: Sporing af blodpletter i andre hjertekamre. Denne figur viser intrakardial hæmodynamik i andre hjertekamre. I højre ventrikel (RV) er hovedhvirvlen en roterende struktur med uret, der ruller langs septum med sit maksimale areal lige før lungeventilen og arterien (PA). I højre atrium (RA) dannes en hovedhvirvel på grund af blanding af tilstrømning via den ringere vena cava (IVC) og overlegen vena cava (SVC) nær den nedre grænse af sidevæggen og med rotation mod uret og undertiden en anden rotation med uret nær RA-appendagen. Det venstre atrium (LA) har begrænsede områder, hvor strømmen af de fire lungevener ikke blandes direkte, og hvirvler kan være vanskelige at fange. Klik her for at se en større version af denne figur.

LVEDVi Laveste kvartil LVEDVi Højeste kvartil
Uddrivningsfraktion (%) 67(5) 69(5)
Langsgående belastning (%) 20.3(1.6) 23.5(2.7)*
MV VTI (cm) 6.4(1.9) 9.6(2.8)**
EA-forhold 0.69(0.12) 0.84(0.10**
Ee'-forhold 13.3(2.9) 19.7(8.0)*
IVRT (ms) 54(8) 44(8)**
Sted
Hvirveldybde 0.58(0.10) 0.56(0.07)
Vortex tværgående position 0.29(0.07) 0.37(0.15)**
Geometri
Hvirvelområde (cm2) 0.44(0.28) 0.57(0.21)
Hvirvelområde indekseret til LV-område 0.20(0.12 0.18(0.05)
Egenskaber for tid
Hvirvelens starttidspunkt (% af RR) 88(5) 76(8)**
Maksimal hvirveldannelsestid (% af RR) 91(2) 82(8)**
Hvirvelvarighed (% af RR) 16(4) 11(2)**

Tabel 1: Sammenligning mellem spædbørn med de laveste versus højeste kvartiler af indekserede LV-volumener. Dataene præsenteres som middelværdi + standardafvigelse (SD). **p < 0,01, *p < 0,05. Forkortelser: IVRT = isovolumisk afslapningstid; LVEDVi = venstre ventrikulær endediastolisk volumen indekseret til vægt; MV = mitralventil. Tabellen er genbrugt fra reference11.

Video 1: Skærmbilleder fra LV-hvirvelvideoen. Klik her for at downloade denne video.

Video 2: Skærmbilleder fra bi-caval inflow hvirvelvideoen. Klik her for at downloade denne video.

Video 3: Skærmbilleder fra hvirvelstrømmen til højre ventrikelkanal. Klik her for at downloade denne video.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Betydningen af at visualisere og forstå den intrakardiale hvirvel
Der er mange mulige kliniske anvendelser af ekkokardiografi-afledt hvirvelbilleddannelse med høj billedhastighed. Deres evne til at give værdifuld indsigt i intrakardiel strømningsdynamik har været interessen for nylige undersøgelser16. Desuden kan hvirvelbilleddannelse muliggøre påvisning af præsymptomatiske ændringer i LV-arkitektur og funktion hos nyfødte, hvilket kan have betydning for langsigtet hjerteombygning i voksenalderen15. Dette kan igen øge nøjagtigheden og prognostiske resultater af opfølgende behandlinger og operationer. Brugen af BSI til visualisering af intrakardiale hvirvler har for nylig fået en vis trækkraft i litteraturen, men forbliver stort set uudforsket. Bortset fra arbejde i det nuværende laboratorium på for tidligt fødte nyfødte har andre kliniske publikationer vist, at ekkokardiografi-afledt BSI er mulig og klinisk relevant hos spædbørn med medfødt hjertesygdom 7,17, valvulær patologi18 og endda i højre ventrikulær patologi19.

Nytten af hvirvelbilleddannelse til vurdering af diastolisk funktion
LV's diastoliske funktion beskriver dets evne til at fylde op med blod og forberede et slagvolumen til udstødning. Der har været store fremskridt i forståelsen af diastolisk funktion hos patienter med hjertesvigt med bevaret uddrivningsfraktion (HFpEF), især i forhold til patofysiologi, diagnose og prognose med ekkokardiografi20,21. Hjertets diastoliske funktion involverer en aktiv biokemisk proces med myokardieafslapning, hvor actin og myosin tværbroer løsner sig, og spændingen i myokardiemuskelfibrene begynder at reducere. Når mitralventilen åbner, kommer blod ind i LV gennem sugning skabt af den elastiske rekyl af myokardiefibre, der bevæger sig mod deres oprindelige længde (genoprettende kræfter). Dette sænker LV-hulrumstrykket og skaber en trykgradient mellem atrium og ventrikel. Den sidste fase af diastolisk funktion genereres ved atriel sammentrækning, hvilket øger LA-trykket over LV-trykket og etablerer det endelige LV-slutdiastoliske tryk og volumen inden lukning af mitralventilen og begyndelsen af sammentrækningen22.

Fra et hæmodynamisk synspunkt involverer LV-diastol passage af en søjle af iltet blod fra atrierne ind i ventriklen som forberedelse til udstødning. Placeringen af LV-udstrømningskanalen ved siden af mitralannulus betyder, at blod kommer ind i ventriklen grundlæggende til apisk og efterlader ventriklen apisk til grundlæggende. Nylige fremskridt i forståelsen af intrakardial hæmodynamik tyder på, at denne omdirigering af blodgennemstrømning, der forekommer i overgangen fra venstre ventrikulær fyldning til udkastning, følger en specifik rotationsretning for at minimere forskydningskræfterne på myokardiet og bevare kinetisk energi i den bevægelige blodkolonne, derfor dannelsen af en intraventrikulær hvirvel 4,5 (figur 1).

Diastologiske retningslinjer er blevet opsummeret af American Society of Echocardiography og European Association of Cardiovascular Imaging12. Der findes flere begrænsninger med standard Doppler og todimensionel afledt vurdering af diastolisk funktion. Disse omfatter, men er ikke begrænset til, puls, Dopplervinkelafhængighed, signalkvalitet og vanskeligheden ved at klassificere diastolisk dysfunktion ved hjælp af flere parametre, som ofte ikke stemmer overens. Således er forslaget om en vinkel- og hjertefrekvensuafhængig parameter med potentiale for detaljeret indsigt i afslapning og påfyldning af LV afledt af en enkelt primær måling muliggjort med introduktionen af den intrakardiale hvirvel.

Som afsløret i de nuværende resultater giver visualisering af hvirvelstrømmen flere parametre, hvilket muliggør en vis indsigt i diastolisk hjertefunktion. Specifikt er der vist en signifikant sammenhæng mellem hvirvelområde/form og LV-morfologi samt relevansen af hvirveltiming til forudsigelse af LV-slutdiastolisk tryk. Derudover ses variationer i hvirvelposition baseret på det anvendte billedplan (figur 3) samt positionsforskelle hos børn med medfødt hjertesygdom i arbejde fra andre forfattere (dvs. hvirvel placeret tættere på det interventrikulære septum i volumenoverbelastede tilfælde og patienter med valvulær patologi 7,12). Antallet af hvirvler, der ses i LV, kan teoretisk set være relateret til LV-arkitektur, men har endnu ikke vist statistisk betydning i dette arbejde og andres arbejde. Endelig kan hvirvelbilleddannelse give anledning til mere komplekse numeriske målinger, såsom vorticitet, energitab og lagret kinetisk energi, hvilket har vist en vis prognostisk værdi ved undersøgelse af medfødt valvulær sygdom, såsom bicuspid aortaklapper18. Den kliniske anvendelse af BSI kan give mulig yderligere information til konventionel farve Doppler, hvilket hjælper med at forbedre visualiseringen af unormale hæmodynamiske mønstre i patologier såsom shunts, valvulær regurgitation og stenose17.

Billeddannelse og analyse af den intrakardiale hvirvel: fordele og ulemper
Som tidligere beskrevet kan intrakardiale blodgennemstrømningsmønstre visualiseres ved hjælp af hjertemagnetisk resonansbilleddannelse (MR) samt ekkokardiografiafledt partikelbilleddannelseshastighed, vektorflowkortlægning og BSI6. Hos nyfødte har BSI de største fordele på grund af dets ikke-invasive natur og sengeanvendelse. Derudover, da billedopløsning og ultralydstrålepenetration er omvendt relateret, tillader det meget lille kropsoverfladeareal af en nyfødt, at en høj opløsning udnyttes uden at ofre den for penetrationsdybde. Omvendt, da BSI kræver høje billedhastigheder og opløsning for at kunne fange intrakardiale hvirvler, er denne teknologi i øjeblikket ikke i stand til at blive udført hos større patienter, såsom voksne, hvor de større penetrationskrav kompromitterer opløsningen. Indtil videre var det største antal patienter, hvor BSI blev anvendt med succes, i en population af børn med en medianalder på 7 år og et legemsoverfladeareal på op til 1,22 m27.

En anden begrænsning af BSI-billeddannelse er dens afhængighed af todimensionelle billeder af høj kvalitet for at estimere hvirvler nøjagtigt. I øjeblikket er BSI ikke tilgængelig i tredimensionel ekkokardiografi, hvilket begrænser visualiseringen af denne komplekse tredimensionelle struktur. Desuden medfører BSI et betydeligt tab af signal-støj-forhold på grund af dets begrænsede penetrationsdybde. I praksis betyder det, at en urolig nyfødt, der bevæger sig i undersøgelsestiden, og en kropsstruktur, der udelukker et optimeret og defineret firekammerbillede af LV, kan danne betydelige forhindringer med denne teknologi. Metoder til at berolige den nyfødte under undersøgelsen (for eksempel ved hjælp af saccharose) og andre teknikker til optimering af LV-billedkvaliteten i firekammervisningen (for eksempel placering af nyfødte og operatørteknikker) bør let implementeres.

Endelig var denne undersøgelse kommercielt begrænset til hvirvelegenskaberne ved den valgte teknologi (dvs. BSI afledt af ekkokardiografi). Mens den kliniske relevans og reproducerbarhed af disse målinger vinder indpas i litteraturen, er der stadig behov for yderligere at validere, hvad disse markører betyder i forskellige patologier, og hvordan de sammenlignes med andre billeddannelsesmetoder. For eksempel kan hvirvelarkitektur, positionering og timing være meget nyttig i medfødt hjertesygdom, mens de kinetiske energiparametre, der endnu ikke er tilgængelige med BSI, kan tjene godt i langsigtede serielle undersøgelser af hjertemodellering.

Fremtidige retninger
Sammenfattende vinder BSI hurtig anerkendelse som et billigt, ikke-invasivt og værdifuldt værktøj til vurdering af intrakardial hæmodynamik og mere specifikt hvirvler. Arbejdet fra det nuværende laboratorium har verificeret dets reproducerbarhed og demonstreret dets kliniske og praktiske anvendelighed som et supplerende værktøj til vurdering af hjertefunktion og remodellering efter for tidlig fødsel8. Fremadrettet kræver den hypotetiske forbindelse mellem intrakardiale forskydningskræfter på myokardiet og den efterfølgende hjertemodellering, der ses på forskellige punkter i udviklingen i det tidlige liv, yderligere opmærksomhed. Indtil videre er kun arkitektoniske og tidsmæssige egenskaber ved hvirvler blevet udforsket. Som tidligere nævnt kan erhvervelse af energiske parametre som rotationskinetisk energi og vorticitet imidlertid give yderligere indsigt i mekanismen, der forbinder flowmønstre og negativ hjerteremodellering. Klinisk kan dette efterfølgende gøre det muligt at implementere mere rettidige interventioner hos risikopatienter.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne har ingen oplysninger eller interessekonflikter at erklære.

Acknowledgments

Vi vil gerne anerkende den neonatale intensivafdeling på John Hunter Hospital for at lade vores igangværende arbejde blive udført sammen med forældrene til vores meget små og dyrebare deltagere.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Tomtec Imaging Systems GmbH Phillips GmbH Corporation Offline ultrasound image processing tool, used for calculating all vortex measurements
Vivid E95 General Electrics NA Cardiac Ultrasound device used to capture Echocardiography-derived Blood Speckle Imaging

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. de Waal, K., Costley, N., Phad, N., Crendal, E. Left ventricular diastolic dysfunction and diastolic heart failure in preterm infants. Pediatric Cardiology. 40 (8), 1709-1715 (2019).
  2. Lahmers, S., Wu, Y., Call, D. R., Labeit, S., Granzier, H. Developmental control of titin isoform expression and passive stiffness in fetal and neonatal myocardium. Circulation Research. 94 (4), 505-513 (2004).
  3. Chung, C. S., Hoopes, C. W., Campbell, K. S. Myocardial relaxation is accelerated by fast stretch, not reduced afterload. Journal of Molecular and Cellular Cardiology. 103, 65-73 (2017).
  4. Pedrizzetti, G., La Canna, G., Alfieri, O., Tonti, G. The vortex-an early predictor of cardiovascular outcome. Nature Reviews Cardiology. 11 (9), 545-553 (2014).
  5. Rodriguez Munoz, D., et al. Left ventricular vortex following atrial contraction and its interaction with early systolic ejection. European Heart Journal. 34 (1), 1104 (2013).
  6. Schmitz, L., Koch, H., Bein, G., Brockmeier, K. Left ventricular diastolic function in infants, children, and adolescents. Reference values and analysis of morphologic and physiologic determinants of echocardiographic Doppler flow signals during growth and maturation. Journal of the American College of Cardiology. 32 (5), 1441-1448 (1998).
  7. Marchese, P., et al. Left ventricular vortex analysis by high-frame rate blood speckle tracking echocardiography in healthy children and in congenital heart disease. International Journal of Cardiology. Heart & Vasculature. 37, 100897 (2021).
  8. Pierrakos, O., Vlachos, P. P. The effect of vortex formation on left ventricular filling and mitral valve efficiency. Journal of Biomechanical Engineering. 128 (4), 527-539 (2006).
  9. Mele, D., et al. Intracardiac flow analysis: techniques and potential clinical applications. Journal of the American Society of Echocardiography. 32 (3), 319-332 (2019).
  10. Nyrnes, S. A., Fadnes, S., Wigen, M. S., Mertens, L., Lovstakken, L. Blood speckle-tracking based on high-frame rate ultrasound imaging in pediatric cardiology. Journal of the American Society of Echocardiography. 33 (4), 493-503 (2020).
  11. de Waal, K., Crendal, E., Boyle, A. Left ventricular vortex formation in preterm infants assessed by blood speckle imaging. Echocardiography. 36 (7), 1364-1371 (2019).
  12. Nagueh, S. F., et al. Recommendations for the evaluation of left ventricular diastolic function by echocardiography: an update from the American Society of Echocardiography and the European Association of Cardiovascular Imaging. Journal of the American Society of Echocardiography. 29 (4), 277-314 (2016).
  13. Takahashi, H., Hasegawa, H., Kanai, H. Temporal averaging of two-dimensional correlation functions for velocity vector imaging of cardiac blood flow. Journal of Medical Ultrasonics. 42 (3), 323-330 (2015).
  14. Kheradvar, A., et al. Echocardiographic particle image velocimetry: a novel technique for quantification of left ventricular blood vorticity pattern. Journal of the American Society of Echocardiography. 23 (1), 86-94 (2010).
  15. Phad, N. S., de Waal, K., Holder, C., Oldmeadow, C. Dilated hypertrophy: a distinct pattern of cardiac remodeling in preterm infants. Pediatric Research. 87 (1), 146-152 (2020).
  16. Kheradvar, A., et al. Diagnostic and prognostic significance of cardiovascular vortex formation. Journal of Cardiology. 74 (5), 403-411 (2019).
  17. Cantinotti, M., et al. Intracardiac flow visualization using high-frame rate blood speckle tracking echocardiography: Illustrations from infants with congenital heart disease. Echocardiography. 38 (4), 707-715 (2021).
  18. Henry, M., et al. Bicuspid aortic valve flow dynamics using blood speckle tracking in children. European Heart Journal-Cardiovascular Imaging. 22, 356 (2021).
  19. Mawad, W., et al. Right ventricular flow dynamics in dilated right ventricles: energy loss estimation based on blood speckle tracking echocardiography-a pilot study in children. Ultrasound in Medicine & Biology. 47 (6), 1514-1527 (2021).
  20. Kass, D. A., Bronzwaer, J. G. F., Paulus, W. J. What mechanisms underlie diastolic dysfunction in heart failure. Circulation Research. 94 (12), 1533-1542 (2004).
  21. Nagueh, S. F. Left ventricular diastolic function: understanding pathophysiology, diagnosis, and prognosis with echocardiography. JACC. Cardiovasc Imaging. 13, 228-244 (2020).
  22. Carroll, J. D., Lang, R. M., Neumann, A. L., Borow, K. M., Rajfer, S. I. The differential effects of positive inotropic and vasodilator therapy on diastolic properties in patients with congestive cardiomyopathy. Circulation. 74 (4), 815-825 (1986).

Tags

Denne måned i JoVE nummer 202

Erratum

Formal Correction: Erratum: Assessing Intracardiac Vortices with High Frame-Rate Echocardiography-Derived Blood Speckle Imaging in Newborns
Posted by JoVE Editors on 02/22/2024. Citeable Link.

An erratum was issued for: Assessing Intracardiac Vortices with High Frame-Rate Echocardiography-Derived Blood Speckle Imaging in Newborns. The Authors section was updated. The affiliation for author Damien Vitiello has been updated to: Institute of Sport and Health Sciences of Paris (IS3P - URP 3625), Université Paris Cité 

Vurdering af intrakardiale hvirvler med høj billedhastighed ekkokardiografi-afledt blodspeckle billeddannelse hos nyfødte
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Crendal, E., De Waal, K., Vitiello,… More

Crendal, E., De Waal, K., Vitiello, D. Assessing Intracardiac Vortices with High Frame-Rate Echocardiography-Derived Blood Speckle Imaging in Newborns. J. Vis. Exp. (202), e65189, doi:10.3791/65189 (2023).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter